專利名稱：生產(chǎn)合成硅酸鹽的流化床反應的制作方法
背景在基于陶瓷和玻璃的工業(yè)中，使用合成硅酸鹽作為前體材料是已知的。由現(xiàn)有方法所獲得的益處已經(jīng)通過生產(chǎn)如在美國專利申請序列號08/708,246、09/001,335以及相關(guān)申請中所描述的合成硅酸鹽小球得到證實。這類方法應用多種設備和材料，包括盤式造粒機、粘結(jié)劑材料、粗二氧化硅和催化劑。雖然這些方法代表了本領(lǐng)域的進步，但它們?nèi)源嬖趩栴}和局限性。一些問題包括在盤式造粒機和其它設備的操作中過多地應用人力，以及在過程中使用以旋轉(zhuǎn)窯為基礎(chǔ)的粘結(jié)劑作為必要材料?，F(xiàn)有方法包括原料如水、二氧化硅、氧化鈣和氧化鎂源的未反應物質(zhì)的形成，然后它們反應形成所希望的合成硅酸鹽。這類未反應物質(zhì)被稱為“生”球，在反應前可以是未被干燥或已干燥的。當在反應前在溫度攀升區(qū)域這些生球經(jīng)受旋轉(zhuǎn)窯內(nèi)的應力時，需要粘結(jié)劑來阻止生球分解。另外，當較粗的二氧化硅用作原料時，需要應用催化劑來提供完全和均一的反應。因此，在生產(chǎn)這種合成硅酸鹽材料的單元操作中及整個過程中仍需要改進。
本發(fā)明的一個目的是減少生產(chǎn)合成硅酸鹽材料所應用的設備操作過程中的人力。
本發(fā)明的另一個目的是在針磨中應用粗二氧化硅。
本發(fā)明的又一個目的是在不應用催化劑時應用硅砂達到更高的反應程度。
本發(fā)明的再一個目的是在不應用粘結(jié)劑時在高溫下阻止聚集物的分解。
這些和其它目的通過本發(fā)明來實現(xiàn)。
概述本發(fā)明是一種生產(chǎn)合成硅酸鹽的方法。所述方法在球磨中混合粗二氧化硅、氧化鈣、氧化鎂、磨料和冷粘著(cold-strength)粘結(jié)劑，隨后聚集并反應產(chǎn)生合成硅酸鹽。通過這種方法所達到的具體優(yōu)點在于降低了人力及粘結(jié)劑和催化劑材料的成本。
附圖的描述

圖1描述了本發(fā)明方法的一個常用實施例。
圖2描述了本發(fā)明方法的一個具體實施例。
本發(fā)明的實施方案本發(fā)明的一種實施方案為一種方法，所述方法包括如下步驟第一步，在球磨中將粗二氧化硅、氧化鈣和氧化鎂源、磨料和冷粘著粘結(jié)劑混合在一起；第二步，在聚集混合器中使第一步的材料與水混合；以及第三步，使混合器中所產(chǎn)生的材料反應。
粗二氧化硅包括沙子，優(yōu)選至少90％質(zhì)量顆粒的粒度范圍為約100微米至約1000微米，更優(yōu)選為約150微米至約600微米，甚至更優(yōu)選為約250微米至約600微米。這種沙子可以為沉積二氧化硅或天然的沙子或選礦沙，并且可以包括雜質(zhì)，這些雜質(zhì)對工匠來說可能是希望或不希望處理或要脫除的。這些沙子的顆粒可以為各種粒度分布。例如，所述分布可以為至少80％質(zhì)量的顆粒等于或大于250微米，剩余顆粒小于250微米。這種分布可以根據(jù)工匠所打算的用途而不同。所述粒度分布可以為單峰、雙峰或任何其它多種多峰形式。另外，所述分布可以具有頂部或底部截止值(cut-off set)。
可以應用各種氧化鈣源；優(yōu)選為水合氧化鈣源。這種來源包括白云石石灰、鍛燒石灰石或任何各種商購來源，但不局限于此。類似地，可以應用各種氧化鎂源，優(yōu)選為水合氧化鎂源。這種來源包括白云石石灰、氧化鎂或任何各種商購來源，但不局限于此。所述氧化鈣和氧化鎂源可以包括例如石灰石和白云石。這些材料的粒度范圍優(yōu)選為約25微米至約100微米。這些來源的水合度可以為100％質(zhì)量，但是也可以更低，只要存在足夠的水合達到本發(fā)明的目的即可。
用于本發(fā)明的磨料可以有助于保持設備清潔，并利于材料流過研磨設備。這些磨料包括在本發(fā)明所應用設備中本領(lǐng)域中常用的研磨固體材料。
用于本發(fā)明的冷粘著粘結(jié)劑可以為任何可在環(huán)境溫度下應用的合適粘結(jié)劑。這些粘結(jié)劑包括鋁酸鈣水泥、苛性氧化鎂粘結(jié)劑、有機粘結(jié)劑如木質(zhì)素以及等效粘結(jié)劑，但不局限于此。
所述球磨的操作方式應使流出材料優(yōu)選約80％質(zhì)量比約150微米更細，更優(yōu)選比約75微米更細。操作所述球磨從而使加入磨的材料達到高度均勻。另外，控制操作條件從而達到材料表面的有效強化，并且控制材料粒度的減小，以用于下游反應器中的反應。所述表面強化是為了使反應位沒有雜質(zhì)或至少減少反應位的雜質(zhì)，而這些雜質(zhì)將會妨礙下游反應器中材料的反應。這種強化優(yōu)選進行到一定程度，從而使進行下游反應所需要的催化劑量減少。這種減少優(yōu)選為至少50％質(zhì)量，更優(yōu)選為至少90％質(zhì)量，甚至更優(yōu)選基本不再需要催化劑。另外，按一種方式操作球磨從而產(chǎn)生具有一定粒度和特征的產(chǎn)品，從而增加聚集混合器的進料。這樣增加進料應產(chǎn)生均勻的聚集物，從而反應進行至很高的完成程度，從而至少75％質(zhì)量，更優(yōu)選至少85％質(zhì)量的反應物進行化學轉(zhuǎn)化。
所述混合器可以為任何適合于處理這里所描述的進料材料的混合器類型。這種混合器應該聚集進料材料形成出口材料，其中所述進料材料包括球磨產(chǎn)品和水，而出料材料優(yōu)選至少50％質(zhì)量為1毫米至35毫米，更優(yōu)選為至少75％質(zhì)量為1毫米至35毫米。一種優(yōu)選的混合器為針磨混合器或湍流器混合器。通過水和球磨產(chǎn)品的加入速率以及控制軸的旋轉(zhuǎn)來控制混合器的操作，從而達到上述聚集程度。所述混合器可以與球磨組合操作，從而產(chǎn)生對所選擇的反應器設備來說適合的產(chǎn)品。例如，可以控制聚集程度從而允許使用旋轉(zhuǎn)窯或流態(tài)化固體窯或流化床反應器作為反應器設備。這種球磨和混合器如針型混合器的組合應用能更大程度地控制流化床的反應器進料，而在所述流化床中不用粘結(jié)劑即形成硅酸鹽。上述通過這種組合而獲得的聚集物將符合在流化床反應器中成功形成合成硅酸鹽的關(guān)鍵粒度需求。
可用于本發(fā)明的反應器可以為任何高溫固態(tài)反應器如旋轉(zhuǎn)窯和流化床反應器，但不局限于此。這類反應器的例子可以在US 5,876,679和US 3,904,375以及其中所引用的參考文獻中找到，所有這些文獻均在這里作為參考引入。這種流化床反應器的反應時間明顯要少于旋轉(zhuǎn)窯中常用的反應時間。一種優(yōu)選的流化床反應器為具有陶瓷內(nèi)襯的。在本發(fā)明中，這種反應器的優(yōu)點是其操作成本明顯低于旋轉(zhuǎn)窯，并且操作溫度也明顯較低。由于上述通過組合球磨和混合器所達到的表面強化及其它益處，使這種溫度的降低成為可能。球磨、混合器和流化床反應器的組合可以達到比現(xiàn)有過程更高的反應程度，需要更少的時間，并引起更低的材料應力。
本發(fā)明的一種實施方案為圖1所示方框圖代表的過程。向水合器1中加入白云石石灰，從而產(chǎn)生水合的白云石石灰。然后將這種石灰產(chǎn)品加入到球磨2中，并向所述球磨中與冷粘著粘結(jié)劑和磨料一起加入沙子。所述球磨2在環(huán)境溫度下操作足夠長的時間，從而在混合過程中實現(xiàn)高度均勻，同時使沙子粒度減小并更新沙子表面。操作球磨2從而產(chǎn)生一種產(chǎn)品，其中流出所述磨的顆粒75％質(zhì)量以上的粒度小于75微米。然后將這種球磨產(chǎn)品與水一起加入到混合器3中，操作所述混合器3，從而產(chǎn)生主要粒度為1毫米至35毫米的聚集物，其水含量為約15％質(zhì)量。然后將這種聚集材料在足夠高的溫度下加入到干燥器4中，并保持足夠長的時間以基本除去所有自由水。然后將干燥的聚集物通過篩子5進行篩分，從而除去小于1,000微米的細顆粒。然后將剩余的材料加入到在約1,250-1,350℃的溫度下操作的反應器6中。氧化鈣、氧化鎂和二氧化硅材料發(fā)生反應，從而產(chǎn)生所希望的合成硅酸鹽材料。從反應器6中作為產(chǎn)品收集溢流出的材料。在反應器6之后進行任選的篩分或粉碎操作。
下列實施例用于描述本發(fā)明的一種實施方案，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。參考圖2來描述所例舉的過程。
通過加入43.25質(zhì)量份的白云石石灰、50.95份的沙子、0.94份50％的苛性堿溶液、2.5份氧化鋁和17.64份水而在水合器1中形成一批料，所述水加入量代表水合所結(jié)合的水以及作為蒸汽從水合器中損失的水。充分混合各組分，然后加入到球磨2中。所述球磨2應用一種高鉻介質(zhì)內(nèi)襯，并按連續(xù)模式操作。沙子、粘結(jié)劑和磨料以連續(xù)過程加入。從這種連續(xù)過程中，產(chǎn)生一種粒狀材料，其中90％質(zhì)量顆粒的當量球直徑為75微米或更小。然后將這種材料加入到針型混合器3中，并向其中加入足夠的水，從而使所產(chǎn)生的產(chǎn)品含有17％質(zhì)量水分。所述針型混合器3按連續(xù)過程操作，從而使來自球磨3的材料聚集。然后將針型混合器3的聚集產(chǎn)品加入到在溫度為150℃下操作的旋轉(zhuǎn)干燥器4中。將所述聚集物干燥至水分含量低于1.5％質(zhì)量。然后將干燥器產(chǎn)品加入到篩子5中，操作該篩子從而從來自旋轉(zhuǎn)干燥器4的產(chǎn)品中除去細顆粒。由篩子5所產(chǎn)生的產(chǎn)品的粒度分布中減去這些細顆粒，從而造成9％質(zhì)量大于35毫米，76.5％質(zhì)量為600微米至35毫米，以及14.5％質(zhì)量小于600微米。將這種篩分產(chǎn)品加入到流化床窯6中。所述流化床在約1300℃下操作，并且聚集物充分反應，從而產(chǎn)生僅有約10-15％質(zhì)量未反應二氧化硅的產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.一種方法，所述方法包括如下步驟第一步，在球磨中混合粗二氧化硅、氧化鈣和氧化鎂源、磨料和冷粘著粘結(jié)劑以產(chǎn)生第一混合物；第二步，在聚集混合器中使第一混合物與水混合以產(chǎn)生第二混合物；以及第三步，將第二混合物加入到反應器中，并加熱以實現(xiàn)產(chǎn)生合成硅酸鹽的反應。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述粗二氧化硅包括至少95％質(zhì)量粒度范圍為約100微米至約1000微米的沙子顆粒。
3.權(quán)利要求2的方法，其中所述沙子顆粒的粒度范圍為約150微米至約600微米。
4.權(quán)利要求3的方法，其中所述沙子顆粒具有粒度分布，其中至少80％質(zhì)量的顆粒的當量球直徑等于或大于250微米，其余的小于250微米。
5.權(quán)利要求1的方法，其中所述氧化鈣源包括水合氧化鈣。
6.權(quán)利要求1的方法，其中所述氧化鎂源包括水合氧化鎂。
7.權(quán)利要求1的方法，其中所述氧化鈣源或氧化鎂源或兩者均由粒度范圍為約25微米至約100微米的顆粒組成。
8.權(quán)利要求1的方法，其中所述氧化鈣源或氧化鎂源或兩者均具有100％質(zhì)量的水合度。
9.權(quán)利要求1的方法，其中所述冷粘著粘結(jié)劑為鋁酸鈣水泥或堿性氧化鎂粘結(jié)劑。
10.權(quán)利要求1的方法，其中球磨的操作方式應使80％質(zhì)量的流出材料小于150微米。
11.權(quán)利要求1的方法，其中操作球磨從而獲得材料的高度均勻性，并達到材料表面的有效強化以及控制材料粒度減小，從而用于下游反應器中的反應。
12.權(quán)利要求1的方法，其中表面強化致使減少至少90％質(zhì)量的催化劑用量。
13.權(quán)利要求1的方法，其中所述球磨按一定方式操作從而產(chǎn)生具有一定粒度和特征的產(chǎn)品，以致使聚集混合器的進料得到強化，從而產(chǎn)生聚集物，所述聚集物在反應完成75％質(zhì)量的點處仍是均勻的。
14.權(quán)利要求1的方法，其中所述混合器為針磨混合器，其操作應使球磨產(chǎn)品和水混合以產(chǎn)生粒狀材料，在流出混合器時所述粒狀材料至少50％質(zhì)量顆粒在1,000微米至35毫米的范圍內(nèi)。
15.權(quán)利要求1的方法，其中所述反應器為流化床反應器。
全文摘要
公開了一種方法，其中在球磨中與磨料和冷粘著粘結(jié)劑一起處理粗二氧化硅、氧化鈣和氧化鎂源。然后這種材料與水一起聚集形成產(chǎn)品，所述產(chǎn)品在升溫條件下例如在流化床反應器中反應從而產(chǎn)生合成硅酸鹽。
文檔編號C03C1/02GK1537076SQ02805358
公開日2004年10月13日 申請日期2002年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月22日
發(fā)明者J·A·赫克曼, S·A·茨卡勒利, J A 赫克曼, 茨卡勒利 申請人:密執(zhí)安特種礦石公司